FI58479C - Foerfarande och anordning foer framstaellning av glasfibrer - Google Patents

Description

,η. _.^··.»·Ί KUULUTUSJULKAISU r Q Α η Λ WY ·Μ WoTtAeoHiNoiSKiui'T 58479 . C (45) Patentti .iy\‘ :i:V. t:;y ‘0 02 I'31 (S1) ic*.ik.3/tnt.ci.^ C 03 B 37/02 SUOMI-FINLAND (21) 750079 (22) HtkiwIipUrl--Amftknlnf^H lU.01.75 ^^ (23) Alkupaivt—GlWghttadai lU.01.75 (41) TvUm (ulklMkal — Blhrtt offwttllg 15.07.75

Patentti· Ja rekitterihallitut /44> Nlhttvftkripmofl J· kuul4«1lc*l*un pvm. —

Patent· och ragistaretyreleen ' Arastan uthgd oeh utukrifean pubUrarad 31 · 10.80 (32)(33)(31) Pyydatty «tuoltau—Begird prloritra lU.01.7** 26.08.7l* USA(US) 1*32897, 500303 Toteennäytetty Styrkt (71) Nitto Boseki Co. Ltd., 1, Aza Higashi, Gonome, Fukushima-Shi, Japani-Japani JP) (72) Edward Thomas Strickland, San Diego, California, USA(US) (7*0 Oy Kolster Ah (5l*) Menetelmä ja laitteisto lasikuitujen valmistamiseksi - Förfarande och anordning för framställning av glasfibrer

Viime vuosina on esiintynyt huomattavaa mielenkiintoa lasikuitujen valmistukseen. Johtuen lasikuitujen valtavasta käytöstä tämä kiinnostus on kohdistunut erikoisesti yksityisten lasinvetoasemien tuotannon kohottamiseen. Kuitujen valmistuksessa sulaa lasia johdetaan tyypillisesti läpivientiholkissa olevien suuttimien tai suukappaleiden läpi yksityisten kuitujen muodostamiseksi. Tuotannon kohottamisongelman lisäksi tällaisissa prosesseissa käytetty laitteisto on tyypillisesti melko kallis, koska siihen useissa tapauksissa liittyy kohtuuttomien platinamäärien, monimutkaisten suukappaleiden, korkeaa painetta synnyttävien laitteiden, painetta kestävien läpivientiholkkien jne. käyttöä.

On esiintynyt huomattavaa taloudellista tarvetta saada aikaan yksinkertaistettu menetelmä, jossa voidaan käyttää suutinlevyä, jossa on lähekkäin sijaitsevat suuttimet ja josta kärjet voidaan jättää pois. Tästä tarpeesta ja tällä alalla viime vuosina tapahtuneesta nopeasta teknisestä kehityksestä huolimatta tällaista menetelmää ei ole aikaisemmin kehitetty.

Pääasiassa tasomaisen kärjettömän suutinlevyn käyttöön liittyy samat ongelmat kuin 2 58479 kärjillä varustetun suutinlevyn käyttöön paitsi, että nämä ongelmat esiintyvät kärjistyneinä. Koska kärjet on jätetty pois, niiden antamaa suojaa tulvimista vastaan ei ole enää olemassa. Mitä lähempänä toisiaan suuttimet sijaitsevat, sitä suurempi on tulvimisvaara. Toisaalta voidaan todeta, että pintayksikköä kohti mahtuu sitä enemmän kuituja, mitä enemmän kuituja voidaan vetää määrätystä suutinlevystä. Jos käytetään kahta suutinriviä, on kuten edellä on esitetty, ongelmana sisäsuutinrivien pitäminen samassa lämpötilassa kuin ulkorivit. Esiintyy kanavoituun.svaaraa ja muita epäedullisia ilmiöitä, jotka johtuvat paikallisista lämpötilaeroista ja näitä ilmiöitä pahentaa se tosiasia, että levy on herkkä tulvimisille. Ongelmana on siten vetää taloudellisesti riittävä lukumäärä lasikuituja suutinlevystä kärkiä käyttämättä ja ilman että liisi tulvii suutinlevyn alasivulla.

Näiden ongelmien seurauksena tunnetussa tekniikassa ei tiedetty, kuinka voitaisiin tyydyttävästi käyttää pääasiassa tasomaista suutinlevyä, jossa on lähekkäin sijaitsevat suuttimet, eikä tunnetussa tekniikassa ole myöskään mitään, mikä antaisi viitteen siitä, että esillä oleva keksintö ratkaisisi tämän vaikean ongelman.

Keksinnön kohteena on siten menetelmä lasikuitujen muodostamiseksi vetämällä kuituja sulaa lasia olevista kartioista, jotka muodostuvat pääasiassa tasomaisen suutinlevyn kunkin suutinreiän kohdalle, jolloin suutinlevyssä on vähintään neljä suutinreikäriviä, joissa suutinreiät sijaitsevat tulvimisetäisyydellä toisistaan, ja suuntaamalla kaasua levyn suutinaluetta kohti. Menetelmälle on tunnusomaista, että (a) suutinlevyä kuumennetaan säädetyllä tavalla suutinreikien läpi kulkevan lasi-virran säätämiseksi, ja (b) kaasua suunnataan ylöspäin massavirtauksena, niin että sitä iskeytyy levyn kartio- ja suutinalueeseen pääasiassa yhtenä ainoana ylöspäin liikkuvana kaasu-patsaana. Keksinnön mukainen laitteisto käsittää laitteen sulan lasin säilyttämiseksi, laitteen kuitujen vetämiseksi likimain tasomaisen suutinlevyn suutinrei-istä, jossa suutinlevyssä on vähintään neljä suutinreikäriviä, joissa suutinreiät sijaitsevat tulvimisetäisyydellä toisistaan säilytysläitteen pohjassa, ja laitteen kaasun suuntaamiseksi levyn suutinaluetta kohti. Laitteistolle on tunnusomaista, että siinä on (a) kuumennin suutinlevyn säädettäväksi kuumentamiseksi suutinreikien läni kulkevan lasivirran säätämiseksi, ja (b) suutinlevyn alapuolella oleva laite, joka suuntaa kaasun ylöspäin massavirta-uksena iskeytymään levyn kartio— ja suutinalueeseen pääasiassa yhtenä ainoana ylöspäin liikkuvana kaasupatsaana.

Muita tämän keksinnön piirteitä kuvataan alla.

58479 Tällä keksinnöllä saavutettavat edut ovat moninaiset. Ratkaisevana tekijänä suutinlevy tai läpivientiholkki on yksinkertainen valmistaa ja siinä käytetään vähemmän erittäin kallista metallilejeerinkiä kuin nykyisin käytettävissä kaupallisissa läpivientiholkeissa. Verrattuna tavanomaiseen käytäntöön, jossa käytetään kärkikappaleilla varustettuja suuttimia, tässä keksinnössä käytetyn läpivientiholkin luovuttama säteilylämpö on vähäisempi ja tämän vuoksi laitteen käyttäjä saatetaan vähemmän alttiiksi säteilylämmölle. Koska säteilyä on vähemmän, tämä keksintö tekee mahdolliseksi käyttää vähemmän sähköenergiaa. Yllä oleva on erityisen silmiinpistävää verrattaessa läpivientejä, joilla on yhtä suuret tuotannot.

Koska suuret suutintiheydet voidaan toteuttaa, tämä keksintö saa aikaan kasvaneen tuotannon suutinlevyn pinta-alayksikköä kohti. Sitä paitsi läpivirtaus suutinta kohti on suurempi kuin mitä toteutetaan tavanomaisessa käytännössä kärkikappaleita käytettäessä johtuen pintailmiön pumppaavasta vaikutuksesta, joka johtuu kartioiden ilmajäähdy-tyksestä, pienemmästä suutinpituudesta ja korkeammasta poistumislämpö-tilasta suukappaleessa. Kuitujen yhtenäisyys on hyvä eivätkä ne vaadi monimutkaista valmistuslaitteistoa. Tämä keksintö ei vaadi käytettäväksi monimutkaisia jäähdytysripoja, kaasukanavakehyksiä, kallista ei-atmosfääristä kaasua sekoitettavaksi hiilen päällystyskaasuihin kostumattoman hiiliestokerroksen aikaansaamiseksi, kaarevia paineholk-keja, korkeapainesysteemejä eikä se vaadi kostumattomia lejeerinkejä. Lisäksi siinä käytetään mitä yksinkertaisinta jäähdytyslaitetta.

Tämä keksintö aikaansaa myös huomattavaa joustavuutta mitä tulee läpi-vientikappaleesta vedettävien kuitujen lukumäärään. Lopputuotesovellu-tukseen vaadittavien kuitujen määrä voidaan helposti vetää yhdeltä suutinalueelta. Lopputuotteet saattavat vaatia läpivientikappaleita, jotka tuottavat 1600, 2000, 3200, 4000, 20 000 tai useampia kuituja sisältäviä köysiä. Tällä keksinnöllä kyetään poistamaan esikehruu-toimenpiteet.

Tämä keksintö aikaansaa edelleen enemmän joustavuutta kelausnopeuden valinnassa, koska kaupallisesti hyväksyttävät tuotantomäärät (Hi .lasia) voidaan saavuttaa käyttäen useampia suuttimia ja hitaampia kelausno-peuksia, joilla on taipumus pienentää kuidun katkeamisvaaraa. Korkeammillakin kelausnopeuksilla on havaittu, että "poikkinapsahtamista", jossa suuri määrä kuituja katkeaa oleellisesti samanaikaisesti, ei “ 58479 tapahdu. Koska suutinlevy on täysin suurella nopeudella ylöspäin liikkuvan kaasun ympäröimä, mitään ympäröivää rajakaasua (joka saattaa tuoda mukanaan epäpuhtauksia, jotka saastuttavat kuituja ja aiheuttavat kuitukatkeamista) ei vedetä kartioiden ympärille, joten kartioiden ympäristö on puhtaampi.

Koska suhteellisen suuri kuitutiheys kulkee viimeistelynesteen (sideaineen) levitysrullan yli, esiintyy vähemmän viimeistelynesteen häviötä ja tämän vuoksi myös vähemmän sen kulutusta kuin on totuttu tavanomaisissa kaupallisissa prosesseissa. Kuitujen sisäinen puhdistus-vaikutus näyttää estävän liiallista yksityisten kuitujen viimeistely-nesteen puoleensavetämistä siten, että myöhempi viimeistelynesteen linkoutuminen kuiduista vähenee huomattavasti. Vähentynyt viimeistelynesteen linkoutuminen johtaa ilmassa olevan viimeistelyaineen pitoisuuden laskuun ja sekä laitteisto että työskentelyalue pysyvät puhtaampina, mikä tarjoaa paremman ympäristön laitteiston käyttäjälle. Lasin nopea jäähdytys pienentää myös lasin haihtuvien aineiden pitoisuutta ympäröivässä tilassa ja jäähdytyskaasu, joka liikkuu sivuttain ulospäin läpivientikappaleesta, voidaan helposti poistaa työskentely-alueelta sen pitämiseksi viileämpänä.

Lopuksi tällä keksinnöllä aikaansaadaan korkealuokkaiset lasikuidut. Nopea lasin jäähdytys (suuruusluokkaa 100:1 verrattuna tavanomaiseen läpivientikappaleiden tyyppiin) ja siitä johtuen lasista tulevien haihtuvien aineiden pienentyneet häviöt johtavat kuituun, joka vastaa läheisemmin sulassa kylvyssä olevan lasin koostumusta. Sitä paitsi lasin huomattavasti suurempi jäähdytys kartioissa johtumalla ja virtaamalla mieluummin kuin säteilyjäähdytyksellä saa aikaan kovemman lasikuidun.

Tämä keksintö voi helposti käyttää hyväkseen tavanomaisia lasiuuneja ja tavanomaista apulaitteistoa, kuten läpivientikappaleen kuumenta-jia, viimeistelynesteen levitys laitteita ja kelauslaitteistoa. Olemassa olevat lasikuituoperaatiot voidaan muuttaa tämän keksinnön käytäntöä vastaaviksi modifioimalla läpivientikappaletta ja varustamalla se sopivilla jäähdytyskaasulaitteilla.

T/irnä keksintö voidaan helposti toteuttaa käyttäen lasin putouskorkeut-ta, jota normaalisti pidetään tavanomaisessa Lasiuunissa ja joka yleensä on n. 20-36 cm sulaa lasia. On totta, että tämä keksintö 5 58479 voidaan toteuttaa lasin putouskorkeudella, joka on vain n. 2,5 cm tai vähemmän. Vaikka suuremmat paineet, kuin mitä voidaan aikaansaada lasin putouskorkeudella, vaativat kalliin laitteiston, jota saattaa olla vaikea pitää kunnossa, tällaisia paineita voidaan haluttaessa käyttää. Kylvyssä olevan sulan lasin lämpötila riippuu käytettävästä lasityypistä. E-tyyppisellä lasilla lämpötila on n. 1150-1315°C. Lämpötilan valinta lasiuunissa olevalle sulalle lasikylvylle minkä tahansa lasityypin osalta määrätään rutiinimaisesti tavanomaisessa käytännössä ja kuuluu helposti alan tietopiiriin.

Tässä keksinnössä käytetty suutinlevy voi olla tehty mistä tahansa lejeeringistä, joka on hyväksyttävissä käyttöön lasikuidun muodostus-olosuhteissa. Lejeerinki voi olla kastuva tai kastumaton. Standardi platinalejeerinkiä, jossa on 80 % platinaa ja 20 % rodiumia, tai le-jeerinkiä, jossa on 90 % platinaa ja 10 % rodiumia, voidaan helposti käyttää. Sirkoniumoksidirakeilla stabiloituja platinalejeerinkejä, jotka ovat virumiskestoisia, voidaan myös käyttää.

Suutinlevyn pinta on yleensä tasomainen. Levyjä, joissa on pieniä upotuksia, tai jotka ovat lievien koverien ja/tai kuperien rakenteiden muodossa, voidaan käyttää vaikuttamatta haitallisesti tämän keksinnön toteutukseen. Tavanomaisen suutinlevyn lämpövääntymä voi johtaa kuperiin ja/tai koveriin alueisiin levyn alueella, mutta tällaisia vään-tymiä voidaan helposti sallia. Haluttaessa suutinlevy voidaan vahvistaa rivoilla tai mehiläiskennorakenteella läpivientikappaleen sulan lasin puolella.

Kaupallisia kärkikappaleita käytettäessä kaasu (esim. ilma) jäähdyttää kärkikappaleet huomattavasti läpivientikappaleen pääosan alapuolella. Kun kärkikappaleet jäähtyvät, niiden läpi virtaava lasi jäähtyy myös ja tulee viskoosimmaksi ja virtaa vähemmän helposti niin, että kärkikappaleet toimivat lämpöventtiileinä, jotka pienentävät lasin tuotantoa. Tämän keksinnön toteutuksessa suuttimen viereisen metallin lämpötila ei saisi toiminnan aikana mennä oleellisesti alle suutinlevyn pääosan lämpötilan niin, että merkittävät haitalliset lämpö-venttiilivaikutukset vältetään.

Suutinlevylle valittu paksuus on funktio läpivientikappaleen koosta, lejeeringin lujuudesta, suuttimen koosta, suutintiheydestä yms. Yleensä suutinlevyn ei tarvitse olla enempää kuin 1,52 mm paksu ja I mm 6 58479 paksuja suutinlevyjä on käytetty menestyksellisesti. Läpivientikappa-leessa olevan suutinalueen minimimitta voi helposti olla vähintään n.

1,27 cm vähintään n. 2,5 cm minimimittojen ollessa aivan käyttökelpoisia. Suutinalueet mitoiltaan 25,4 x 25,4 cm ovat mahdollisia. Tavanomaisen käytännön mukaisesti suutinlevy tai läpivientikappale on varustettu lämmityslaitteilla. Yleensä kuumennus toteutetaan sähkövastuksen avulla.

Suutinlevyn suuttimet ovat halkaisijaltaan yleensä alle n. 2,5 mm ja voivat olla niinkin pieniä kuin halkaisijaltaan 0,5 mm. Reikien sijoitus on valintaseikka ja suuttimet voi olla järjestetty neliön, kuusikulmion tai johonkin muuhun haluttuun muotoon. Maksimihyödyn saamiseksi läpivientialueesta suuttimet ovat yleensä toisistaan erillään korkeintaan n. kahden halkaisijan mitan keskeltä keskelle, n. 1,25-1,7 halkaisijaa olevien etäisyyksien keskeltä keskelle ollessa suositeltavia. Pienempien suuttimien kyseessä ollen vierekkäisten suuttimien välinen metalli voi olla vain 0,025 mm . On ilmeistä, että suuttimien välinen etäisyys riippuu osittain suutinlevymetallin paksuudesta. Haluttaessa voidaan aikaansaada jaksottaisia välejä, joissa ei ole lainkaan suuttimia, läpivientikappaleen lujuuden lisäämiseksi. On kuitenkin noudatettava varovaisuutta epätasaisen ilmavirtauksen välttämiseksi siinä tapauksessa, että käytetään tällaisia välejä.

Tämän keksinnön toteutuksessa käytetyt suutinlevyt ovat vähintään 4 suutinriviä, mieluummin vähintään n. 10 tai 11 suutinriviä ja kaikkein mieluimmin vähintään n. 15 suutinriviä leveät (so. joka suuntaan). Tämä keksintö tekee mahdolliseksi suuttimien sijoittamisen lähekkäin yhteen kussakin rivissä olevien suuttimien ollessa sijoitettu omassa rivissään ja viereisessä rivissä olevista suuttimista tulvimisase-maan, mikä luonnollisesti on jyrkästi päinvastoin kuin nykyisessä käytännössä. Suutinlevyä, joka normaalisti tulvisi eikä ylläpitäisi erillisiä kartioita käytännön tuotantoa varten lasin käyttöpaineella ja -lämpötiloissa, voidaan helposti käyttää tässä keksinnössä, sillä kaasumassan liike vahvistaa ja ylläpitää erillisiä kartioita. Vaikka suutinlevy saattaa tulvia ja sulkea pois pysyvän tuotannon normaaleissa lasipaineen ja lasilämpötilan käyttöolosuhteissa juuri levyn yläpuolella, tällaista levyä voidaan käyttää soveltamalla tämän keksinnön käytäntöä. Tuotannossa vähintään 90 %:n tuotantohyötysuhde on yleensä toivottava. Tällaiset määrät ja enemmänkin voidaan helpos- 7 58479 ti saavuttaa tämän keksinnön avulla.

Yleensä käytännön tuotantoa silmälläpitäen, suutintiheys on vähintään n. 7 suutinta neliösenttimetrillä, mieluummin vähintään n. 15 suutin-ta neliösenttimetrillä ja kaikkein mieluimmin n. 31 suutinta neliö-senttimetrillä läpivientikappaleessa olevaa suutinaluetta. Hyvin pienten suuttimien kyseessä ollen, tiheydet voivat vaihdella välillä n. 70-150 suutinta neliösenttimetriä kohti.

Ilma on erityisen suositeltava tähän keksintöön ja se voi olla ympäristön lämpötilassa tai se voidaan kuumentaa tai jäähdyttää. Höyryä, hienojakoista vettä, muita nestepisaroita tms. voidaan lisätä ilmaan, jos halutaan lisätä sen jäähdytyskapasiteettia. Muita kaasuja, kuten typpeä, hiilidioksidia tms. voidaan käyttää yhdessä ilman kanssa tai ilman sijasta. Ei-pelkistävä kaasu tai kaasumainen neste, so. sellainen, joka ei aikaansaa pelkistävää atmosfääriä kartioissa ja suutinlevyllä, on yleensä suositeltava. Vaikka pelkistävä kaasu ei ole suositeltavaa, tällaista kaasua (kuten metaania, etaania tms.) voidaan haluttaessa käyttää. Koska kaasua käytetään jäähdytystarkoi-tuksiin, on suositeltavaa käyttää kaasuja, joiden lämpötilat ovat suunnilleen ympäristön lämpötilassa tai alle sen (esim. n. 38°C tai vähemmän). On kuitenkin ymmärrettävä, että tämän keksinnön edut voidaan saavuttaa myös lämpimämmällä kaasulla, joka voi olla esim. jopa 260°C edellyttäen, että ilman tilavuutta lisätään vastaavasti .

Esityksen helpottamiseksi tässä oleva kuvaus kirjoitetaan ilman suhteen. On kuitenkin ymmärrettävä, että kuvaus soveltuu yhtä hyvin muille kaasuille.

Eräässä tämän keksinnön menetelmän käynnistysmenetelmässä, vaikkapa käynnistykseltään hitaammassa, suutinlevyn lämpötila, joka on n.

1000°C edellisestä lopetuksesta, kohotetaan suunnilleen kiteytymisläm-pötilan alueelle, joka on välillä n. 1083-H05°C E-tyyppiselle lasille. Tämä saa aikaan myös suutinlevyn sisäpuolella ja yläpuolella olevan ohuen lasikerroksen kohoamisen tähän lämpötilaan. Läpivientikappaleen sisäpuolella olevaan lasimassaan, jota on pidetty lämpötilassa n. 1150-1315°C, ei vaikuteta. Kun levyn viereinen pieni lasimäärä kulkee 8 58479 suuttimien läpi, se kulkee niiden läpi erillisinä virtoina kastelematta ja peittämättä levyä, vaikka levy saattaa olla rakennettu kastuvasta lejeeringistä. Vaikka saadut kuidut ovat hauraita, jos niitä käsitellään varovasti ja vedetään hitaasti ulos samalla, kun nostetaan levyn lämpötila selvästi kiteytysalueen yläpuolelle ja samanaikaisesti säädetään ilmajäähdytystä, pieni kiteytyneen lasin määrä voidaan nopeasti ja täydellisesti huuhtoa pois, jolloin lasia voidaan käsitellä standarditapaan.

Jonkin verran erilaisessa menetelmässä käynnistyksen nopeuttamiseksi levyn viereisen lasin lämpötilaa nostetaan nostamalla itse suutinle-vyn lämpötilaa siten, että siitä poistuva lasi tulee vähemmän viskoo-siseksi ja läpivientikappaleessa olevan sulan lasin putouskorkeuden paineen alaisena alkaa nopeasti kulkea läpivientikappaleessa tai suutin-levyssä olevien suuttimien läpi. Johtuen lasin kostutusominaisuuksis-ta ja suuttimien lähekkäisyydestä levyn alapuoli alkaa tulvia. Niin pian kuin tulvivan lasin tilavuus on riittävän painava muodostaakseen alkuperäisen vaimentavan voiman, on tarpeen pienentää lasin virtausta suuttimien läpi, muutoin ei erottumista voi tapahtua. Tämän keksinnön erään suositeltavan toteutusmuodon mukaisesti tämä virtausnopeuden säätäminen toteutetaan suutinlevyn lämpötilasäädöllä. Vielä eräässä toisessa suositeltavassa toteutusmuodossa yleinen virtaus levylle voidaan pitää vakiona ja lasin virtausta levyn läpi pienentää, jotta sallittaisiin erottumisen tapahtuminen, suuntaamalla jatkuva ilmavirta levylle ja laskemalla näin levyn lämpötilaa. Kun erottuminen kerran on saavutettu, tätä ilmavirtaa voidaan pienentää, jotta sallittaisiin levyn lämpeneminen ja toiminta yllä kuvatulla tavalla.

Kun lasipisarat virtaavat suuttimien läpi ja tulvivat suutinlevyn alapuolelle, se nopeuttaa erottumista alentamaan suutinlevyn lämpötilaa lasin kiteytymislämpötilaan tai sen rajalle, jolloin suutinlevy toimii sulan lasin termisenä virtausventtiilinä. Tämä 50-150°C:n lämpötilan lasku itse asiassa pysäyttää lasivirtauksen suuttimen läpi ja sallii tulvivan lasin virtauksen tai vedon (esim. lasisauvalla) levyjen alapuolelta yksityisiksi lasikuiduiksi.

Ensimmäisen poistonopeuöen tulisi olla yleensä n. 1,27 cm sekunnissa lasin loppumisen estämiseksi muodostuvilta kuiduilta ja pintalasin saattamiseksi tulla hitaasti vedetyksi suppeneman suurentuneeseen päävirtaan ilman tahatonta katkeamista. Tällaisen harkitun ja hitaan 9 58479 vetonopeuden tulisi jatkua, kunnes levyn alapuoli lakkaa tulvimasta ja erottuminen on saavutettu. Tässä vaiheessa on jälleen tarpeen estää kuidun kuoleminen ja katkeaminen nostamalla lasin virtausnopeutta suuttimien läpi lievällä levyn lämmityksellä. Kun termisen portin lämmitys jatkuu tehden mahdolliseksi uudistuneen, mutta rajoitetun virtausnopeuden yksityisten suuttimien läpi, lasikuidut jotka tulevat niistä ulos, voidaan kelata hyvin hitaasti pyörivän hylsyn ympärille. Hylsyn pyörimisnopeutta ja sen levyn lämpötilaa, joka säätää virtausta lävitseen, voidaan samanaikaisesti ja vähitellen nostaa samalla, kun ilmajäähdytyksen painetta (jota selostetaan myöhemmin) voidaan rinnakkain pienentää, kunnes saavutetaan maksimi vetonopeus maksimilämpötilassa.

Prosessin toimiessa, kun lasi kulkee suuttimen läpi, muodostuu jännitys supistusvoimien vaikutuksesta, joita lasin viskositeettivastus kartion läpi vastustaa, jonka kartion pohja pysyy kiinni suuttimen reunassa pintajännityksen, lasin kostutusenergian ja kartion sisällä olevan osittaisen tyhjön vaikutuksesta. Tämän dynaamisen imujännityk-sen vuoksi enemmän lasia tulee vedetyksi suuttimen läpi kuin mitä vir-taisi pelkän painovoiman vaikutuksesta ja esiintyy jatkuvaa lasin virtausta filamenttia kohti ja tulviminen vältetään.

Kuten jäljempänä esitetään kuituja muodostavien kartioiden asymptootti-sen geometrian ylläpitämiseksi ja tämän vuoksi erikseen muodostuneiden kuitujen pysyttämiseksi erillään on tarpeen jäähdyttää oleellisesti samalla tavoin kaikkia kuituja ja kuituja muodostavia kartioita sekä ylläpitää sopivaa vastaavuutta poistonopeuden, suutinlevyn lämpötilan ja eri suuttimien läpi tapahtuvan virtausnopeuden välillä. Kaikkien yksityisten kuitujen ja kartioiden jäähdyttämiseksi tasaisesti ilma-lähde sijoitetaan suutinlevyn alapuolelle. Lähteen etäisyys levystä riippuu suuttimien pinta-alasta, ilmasuukappaleen tai -kappaleiden koosta yms. Etäisyys on tavallisesti 2,5-51 cm ja alla kuvatun erikois-kokoisen suuttimen tapauksessa se on 5-10 cm. On suositeltavaa, että ylöspäin liikkuvaa ilmaa syötetään n. 5-30,5 cm etäisyydeltä läpivien-tikappaleesta. Suurempien suutinalueiden kyseessäollen ylöspäin liikkuvan ilman lähde on usein vähintään 10 cm päässä levystä niin, että ilmavirta voi helposti törmätä koko suutinalueelle.

Ylöspäin jäähdyttävä ilmavirta liikkuu yksityisten kuitujen välistä kalkkiin satoihin tai tuhansiin kartioihin. Suutinlevyn alapuolella 10 58479 on huomattavasti enemmän avointa tilaa kuin lasikuitujen miehittämää tilaa.

Huolimatta kuitujen miehittämästä pienestä alueesta nopeasti liikkuvat filamentit vievät ilman mukanaan ja alkavat toimia ilmapumppuna. Ensimmäisten 1 cm osien matkalla suuttimesta lähtien kuitujen pintavas-tus ei kuitenkaan kykene kiihdyttämään luisuvia ilmapyörteitä sen avulla nopeuteen, jolla tämä poistopumppu tulee tehokkaaksi. Mutta kun kuidut viedään lähemmäksi toisiaan ja ilma luistaa yhä nopeammin pitkin kuitujen rajakerroksia, tämä pumppausvaikutus kasvaa nopeasti.

Kun nouseva turbulentti ilma saavuttaa suuttimien väliset raot, se jakaantuu muodostaen heksagonaalisen tähden, jonka liikkuvat pisteet virtaavat kohti kuitujen välistä aluetta, kun taas loppuosa jakaantuu täydellisesti aikaansaaden jopa 360°:isen kuituja muodostavien kartioiden jäähdytyksen. Kun tämä viileä ilma kääntyy alaspäin pusertaen kartion kuperaa muotoa sekä pusertaen ja luisuen pitkin koko kuidun pituutta, se kiihtyy hyvin suureen nopeuteen kun se seuraa filament-tia suurpumppausvyöhykkeeseen. Viileän ylös nousevan ilman jatkuva sekoittuminen kuumaan turbulenttiin ilmaan pyörteissä, jotka alas laskeutuvia kuituja ympäröivä pintavaikutus on aiheuttanut, saa aikaan yhtenäisen ja stabiilin ympäristön muodostuneen kuidun koko pituudelta.

Sen lisäksi, että ylöspäin suunnattu ilma jäähdyttää kartioiden pintaa ja tarjoaa ilmaa vedettäväksi alaspäin kuituja pitkin, se toimii myös estäen seisovan ilman taskut läpivientikappaleen alapuolelta, jotka taskut voivat johtaa paikallisiin kuumiin pisteisiin ja aiheuttaa tulvimista. Ylöspäin suunnattu ilmamassaliike törmää läpivientikappa-leiden alapuolelle ja kokeet osoittavat, että osa tästä ilmasta liikkuu sivuttain ulospäin kaikkiin suuntiin suutinalueelta. Makrojääh-dytys ylöspäin liikkuvalla ilmamassalla saa aikaan ja ylläpitää kartioiden ja kuitujen erilläänpysymisen.

Jyrkästi päinvastoin kuin tavanomaisella kärkikappaleilla varustetussa läpivientikappaleessa, on määrätty, että vakiokelausnopeudella ja vakio levyn lämpötilalla runsaampi ilmajäähdytys saa aikaan halkaisijaltaan suuremman kuidun. On ilmeistä, että pintajäähdytys kartiossa synnyttää pumppausvaikutuksen, kun kuitua vedetään kartiosta.

11 58479

Sopivassa prosessin toiminnassa kartiopituudet ovat stabiileja paljaalle silmälle ja kartion näkyvä pituus on hyvin pieni,yleensä korkeintaan n. 2 1/2 kertaa suuttimen halkaisija ja joka tapauksessa yleensä korkeintaan n. 3,2 nm pitkä. Suositeltavassa toiminnassa kartion pituus on korkeintaan n. 1 1/2 kertaa suuttimen halkaisija. Usein kartion jäähtyneen pinnan aiheuttama pumppausvaikutus johtaa kartion pohjan perääntymiseen osan matkaa läpivientikappaleessa olevan suuttimen sivua ylöspäin. Kartion kärjen lasilämpötila on suunnilleen lasin karkaisu-lämpötila ja yleensä se on n. 760-927°C.

Ilmavirran kulma vaihtelee jonkin verran riippuen rivien lukumäärästä ja suuttimien tiheydestä. Yleensä prosessin säätöä ylläpidetään parhaiten sijoittamalla ilma mahdollisimman pystysuoraan ottaen huomioon kuitujen vetotarpeet. Vaikka erittäin tarkalla säädöllä ilma voidaan suunnata ylöspäin n. 40°:n kulmassa vaakasuorasta, kokeet 17-rivisellä suutinlevyllä ja 10-rivisellä suutinlevyllä ovat osoittaneet, että kaupallisessa toiminnassa käytettävää realistista säätöä silmällä pitäen ilman kulman tulee olla vähintään n. 45 tai 46 astetta vaakatasosta, mutta mieluummin vähintään 60 astetta vaakatasosta. Vain muutamia rivejä käytettäessä kulmat saattavat olla jonkin verran vähemmän kriittisiä. Ilmakulmat välillä n. 70-85° ovat erityisen suositeltavia. Sanontaa vaakataso käytetään tässä tarkoittamaan tasoa, jossa suutinlevy yleensä on.

Mikä tahansa mekaaninen järjestely, joka saa aikaan ilmamassavirtauk-sen (so. yleensä yhden ylöspäin liikkuvan ilmapatsaan kartioiden ja levyn alueelle), joka törmää suutinlevyyn on tyydyttävä tämän keksinnön tarkoituksiin. Moninkertaisia suuttimia tai rakosuutinta voidaan käyttää. Myös heijastinlevyjä, jotka heijastavat ilmaa ylöspäin kulkevaa rataa, voidaan käyttää. Vaikka ylöspäin liikkuvan ilman syöttö suutinlevyn yhdeltä puolelta on täysin tyydyttävä ja suositeltava, ilma voidaan haluttaessa syöttää kahdelta tai useammalta puolelta läpivientikappaletta. Ilmavirran poikkipinta-alan suutinlevyn kohdalla tulisi olla vähintään yhtä suuri kuin suutinpinta-ala suutinlevyssä. Kuidut voidaan vetää jonkin verran sivuun toiselle puolelle mekaanisen järjestelyn sovittamiseksi ilman syötölle. Sama etu voidaan saada vetämällä kuituja pystysuoraan ja kallistamalla läpivienti kappaletta hieman.

Käytettävät ilmanpaineet ovat rutinoidun henkilön helposti, määrättävissä ja ne voivat vaihdella 5 emistä vettä 0,35 tai 0,7 k^/ern'’: ii n 12 58479 normaalipaineen yläpuolella tai sen yli riippuen suuttimen koosta, suuttimen sijainnista yms. Paineet välillä n. 0,07-0,35 kg/cm2 normaalipaineen yläpuolella ovat yleensä suositeltavia, erityisesti läpi-vientikappaleelle, jossa on 10 riviä tai enemmän. Yleensä suuttimesta poistuvan ilman lineaarinen nopeus on vähintään n. 30,5 m sekunnissa ja mieluimmin vähintään n. 6l m sekunnissa. Ilman nopeuksia, jotka ovat luokkaa 122 m sekunnissa ja suurempia, on helppo käyttää tässä keksinnössä. Valittu nopeus ja paine riippuvat, kuten yllä esitettiin osittain kulloinkin valitusta järjestelystä. Joka tapauksessa ilmavirran tulee olla riittävä jäähdyttämään kartiot ja aikaansaamaan stabiilit erilliset kartiot, törmäämään levyä vasten eliminoiden oleellisesti levyn viereisen seisovan ilman ja aikaansaamaan kaasulähteen, jota kuidut vetävät alaspäin. On selvää, ettei jäähdytystä tule määrätä sellaiseksi, että se vaikuttaa kuiduntuotantoon huomattavan haitallisesti.

Vaikka yllä oleva edustaa kartiostabiloinnin suositeltavaa toteutus-muotoa, toinen massan sisäinen jäähdytysmenetelmä saadaan aikaan sarjalla viileän ilman ohuita verhoja, jotka pyyhkivät suutinlevyn poikki nopeasti peräkkäin ja on suunnattu 46-90°:η kulmassa levyyn nähden. Muita jäähdytysmuunnelmia, kuten sellaisten säädettyjen rengasmaisten pyörteiden työnnähtelevän sarjan käyttöä, jotka liikkuvat kohti läpi-vientikappaletta ja yleensä kohtisuoraan sen tasoa vastaan, voidaan myös liittää systeemiin.

Samoin voitaisiin käyttää kierteisiä ilmavirtoja, joiden pyörteet pyörivät yleensä samassa tasossa levyn kanssa samalla tavoin kuin tuulettimen propellin aikaansaama ilmavirta.

Suutinten lähekkäinen sijoittelu ja kartioiden stabiilisuus voivat johtaa paikallisen tulvimisen itsekorjautumiseen, mikäli tällaista tulvimista tapahtuu käytön aikana. Jos kuitu katkeaa ja suutin vuotaa yli viereiseen kuituun, tämä kuitu panee liikkeelle kasvavan määrän supistusvoimaa tulvivaan lasiin pannakseen uudelleen alulle kartion ja kuidun muodostuksen tulvivasta suuttimesta. Tarvittaessa alalla tunnettua paikallista jäähdytysilmaa, esimerkiksi käsi-ilmaletkusta voidaan puhaltaa useampaan yhteensulaneeseen kuituun tulvimisen korjaamiseksi ja normaalitoiminnan alullepanemiseksi.

13 58479

Lievää epästabiilisuutta voi esiintyä kartioissa pitkin suutinalueen kehää. Tätä tapahtuu, koska levy ja lasi ovat viileämpiä johtuen läm-pöhäviöistä kohti läpivientikappaleen suojaamattomia reunoja. Stabii-lisuutta voidaan parantaa edellyttäen, että ulkokehän suuttimet tehdään hieman suuremmiksi (esimerkiksi n. 0,02-0,07 mm suuremmiksi halkaisijaltaan) kuin sisemmät suuttimet. Tällainen järjestely saa aikaan stabiilimman prosessin vaikuttamatta huomattavasti kuitukoon yhtenäisyyteen. Koska sen lasin tilavuus aivan pintaa lukuunottamatta, joka virtaa ulkokehän suuttimien läpi, on viileämpi, lasi virtaa suut-timen läpi vaikeammin niin, että lasin alentunut kyky virrata kompensoi suuremman suuttimen käytön.

Jotta varmistettaisiin, että suuttimesta tuleva sula lasi tulvii hallitusti, mikäli kuitu katkeaa, eräässä tämän keksinnön toteutusmuodossa tarkastellaan kapillaaristen urien aikaansaamista suuttimien välille. Nämä kapillaariurat saavat levyn toimimaan kuten sillä olisi hallittu, mutta täydellinen kostuvuus. Tässä toteutusmuodossa kukin suutin on liitetty vähintään kahteen vierekkäiseen suuttimeen siten, että jos kuitu katkeaa, lasin hallittu virtaus viereiseen suuttimeen todella taataan. Urat voivat olla yhtä leveitä kuin suuttimet, mutta ovat mieluummin noin kolmannes suuttimen halkaisijasta ja niiden syvyys voi olla luokkaa puolet läpivientilevyn paksuudesta. Koska ulkosuuttimet saattavat pyrkiä tulvimaan useammin kuin sisäsuuttimet, voidaan vain ulkosuuttimet varustaa urilla. Ajatellen asiaa käynnistyksen ja tulvimisen itsekorjautuvuuden yhteydessä erittäin kostuvasta lejeeringistä tehty läpivientikappale, joka tulvii helpommin, on suositeltavampi kuin läpivientikappale, joka on tehty niinkutsutusta ei-kostuvasta lejeeringistä. Kaikki lejeeringit luonnollisesti tulvivat, jos lasin lämpötila on riittävän korkea tehdäkseen lasista aivan nestemäisen.

Jäähdytetyt kuidut päällystetään viimeistelynesteellä tai liistaus-aineella saattamalla kuidut kosketukseen levitysrullan tms. kanssa ja kuidut voidaan sitten kelata pakkaukseen. Kuitujen veto- tai ke-lausnopeudet voivat vaihdella laajasti esimerkiksi n. 30,5m:sta minuutissa aina 4000 m:iin minuutissa tai sen yli. Kelausnopeuden tai supistusvoiman määrääminen mille tahansa tietylle olosuhteiden sarjalle kuuluu alan tietämyksen piiriin. Kelausnopeuksia, jotka ovat yli n. 1524 m minuutissa, käytetään tavanomaisissa prosesseissa ja niitä voidaan helposti käyttää tässäkin. Alhaiset vetonopeudet voivat teh- 14 58479 dä mahdolliseksi kuiduntuotannon sovittamisen kuidun käyttönopeuteen lopputuotteen valmistuksessa siten, että kuitua tai köyttä voitaisiin käyttää suoraan lopullisessa tuotannossa. Suutintiheyden huomioonottaen tällaiset menettelytvoIisivat yhä käytännön tuotannon alueella. Viimeistelynesteet, viimeistelynesteen levityslaitteet ja kelauslaite ovat tavanomaisia alalla eikä niitä kuvata lähemmin tässä.

Tämän keksinnön menetelmällä valmistetaan hyvälaatuisia lasikuituja. Ratkaisevaa on, että sulan lasin erittäin nopea jäähdytys suuttimien alapuolella saa aikaan vähäisemmän haihtuvien aineiden häviön lasista siten, että kuidun lasin koostumus vastaa läheisesti lasikylvyssä olevan lasin koostumusta. Sitä paitsi tämä keksintö tekee mahdolliseksi kovalasin valmistuksen. Erittäin nopean jäähdytyksen avulla, joka johtuu ylöspäin virtaavasta ilmasta, pinta jäähtyy nopeammin kuin lasin sisäosa ja lämpötilagradientti on suurempi päästölämpötilan yläpuolella kuin sen alapuolella. Tämän seurauksena lopullisen kuidun pinta on paineen alaisena. Tavanomaisessa pitkiä kärkikappaleita käyttävässä prosessissa tapahtuu aivan päinvastoin. Lämpötilagradientti on suurempi päästölämpötilan alapuolella kuin yläpuolella. Tavanomaisissa prosesseissa tapahtuu toisinaan poikkinapsahtaminen, jolloin päästölämpötilan alapuolella olevat kuidut katkeavat kaikki oleellisesti samaan aikaan. Poikkinapsahtaminen on luettu kehän- ja pituussuuntaisten satunnaisten vetojännitysten syyksi. Kuten edellä mainittiin poikkinapsahtamista ei ole havaittu tämän keksinnön menetelmässä ja tämä on loogista.

Vaikka tavanomaistalasiuunia ja apulaitteistoa voidaan helposti käyttää tämän keksinnön toteutuksessa, laitteisto, jossa lasin putouskorkeut-ta voidaan ylläpitää riippumatta lasikylvyn tasosta, esitetään liitteenä olevissa piirroksissa esimerkin vuoksi.

Kuva 1 on kaavamainen esitys lasikuitufilamentin valmistuslaitteis-tosta.

Viitaten nyt yksityiskohtaisesti piirroksiin kuvassa 1 esitetään laitteisto 10 lasikuitujen 12 valmistamiseksi. Kuten siinä esitetään su- 15 58479 laa lasipatsasta lU pidetään läpivientikappaleessa 16. Läpivienti-kappale koostuu putkimaisesta säiliöosasta 18, joka voi olla muodoltaan neliömäinen, suorakulmainen tai sylinterimäinen, ja suurennetusta pohjaosasta 20, joka rajoittuu alapäästään tasomaiseen suutinlevyyn 22. Suutinlevyssä on useita tiheään sijoitettuja avoimia reikiä 2H. Esimerkiksi 2000 reiän suutinlevyssä, jonka neliön yksi sivu on 6, 86 cm, reiät tai suuttimet ovat 0,1 cm halkaisijaltaan ja sijoitettu 0,152 cm päähän keskiviivalta keskiviivalle. Tyypillisesti suutinlevyssä olevien reikien pituudet vaihtelevat 0,07 cm:stä 0,152 cm:iin ja suutinlevy voidaan varustaa T-muotoisilla vahvistusrivoilla 26 tai vaihtoehtoisesti mehiläisrakenteella (ei näkyvissä) sen lujuuden lisäämiseksi ja levyn painumisen estämiseksi. On myös täysin mahdollista käyttää yleisesti ottaen tasomaista suutinlevyä ilman mitään vahvistusta.

Venttiili 28, joka yhdistää läpivientikappaleen sisäosan nestemäiseen lasivarastoon 30, voidaan sijoittaa läpivientikappaleen päälle muutoksen aikaansaamiseksi kuituhalkaisijaan korkeiden lasipatsäiden pyrkiessä muodostamaan jonkin verran suurempia filamentteja. Avaamalla ja sulkemalla venttiiliä 28 lasin sallitaan virrata varastosta 30 läpivientikappaleen 16 säiliöosaan, minkä avulla ylläpidetään haluttua lasipatsasta läpivientikappaleen sisällä.

Lasipatsaan säätämisen helpottamiseksi läpivientikappaleen sisällä venytetty platinaputki 32 ulottuu ylöspäin läpivientikappaleen sisäpuolelta venttiilin 28 läpi äänisyvyysilmaisimeen 3^· Äänisyvyysil-maisin on liitetty venttiilisäätimeen 36, joka reagoi siitä tuleviin signaaleihin liikuttaen venttiiliä 28 ylöspäin tai alaspäin läpivienti-kappaleen päällä aukaisten tai sulkien näin venttiiliä ja sallien nestemäisen lasin näin kulkea sen läpi.

Kuvassa 1 esitetyssä toteutusmuodossa venttiili 28 on kierrekosketuk-sessa säätimen 36 kanssa kierretangon 37 avulla. Pyörittämällä tankoa 37 saadaan venttiili liikkumaan pystysuorassa venttiilitukeen 39 nähden, mikä säätää lasin virtausta läpivientikappaleeseen 16. Tällä tavoin haluttua lasipatsasta ylläpidetään jatkuvasti läpivientikappaleen sisällä, kun lasikuituja vedetään suutinlevyssä 22 olevien suuttimien 2k läpi.

Kuten kuvassa 1 esitetään platina-avokisko 38 liittyy sähkölähteeseen, jossa on n. 3 volttia ja 1000 amperia, ja suutinlevyyn, jolloin levyn 16 58479 lämpötilaa voidaan nostaa. Vesijäähdytteinen kupariavokisko 40 on sijoitettu platina-avokiskon 38 päälle aikaansaamaan sähkökosketuksen platina-avokiskon 38 ja sähkölähteen välillä ja pienentämään tarvittavaa platina-avokiskon pituutta, jolloin kustannukset alenevat. Kupariavokisko *40 on vesijäähdytetty kahden avokiskon välisen kosketuskohdan lämpötilan laskemiseksi ja kuparin suojaamiseksi tällä tavoin ja sijoitettu vähintään n. 3,8 cm:n etäisyydelle suutinlevystä 22, jotta sillä olisi mahdollisimman pieni vaikutus levyn lämpötilaan samalla, kun se rajoittaa platina-avokiskon pituutta. Voidaan havaita, että säätämällä säätimen läpi kulkevaa sähkövirtaa voidaan suutinlevyn lämpötilaa säädellä huolellisesti. Vaihtoehtona yllä kuvatulle le-vynlämmitysmenetelmälle on huomattava, että suutinlevyn lämpötilaa voidaan säätää myös induktiokuumennuksella tarvitsematta edellä mainittuja avokiskoja. Yleensä suutinlevyn lämpötilat vaihtelevat välillä n. 1120°C - 1260°C käytön aikana.

Ylöspäin suunnattu ilma 49 virtaa syöttöletkun 47 päähän sijoitetun suuttimen 45 läpi ja liitoskappaleen 44 läpi. Voidaan luonnollisesti käyttää suutinriviä oleellisesti yhtenäisen ilmapatsaan aikaansaamiseksi, joka törmää suutinlevyyn ja jäähdyttää kartiot pitäen ne stabiilissa muodossa. Kuitujen venyminen aikaansaadaan pyörivällä rummulla 42.

Kuten kuvissa 1 ja 3 esitetään, läpivientikappaleen pohjaosaa ympäröi keraaminen tuki 46, joka sen lisäksi, että se muodostaa tuen läpivienti-kappaleelle eristää edelleen sen ulko-osaa, joka on suutinlevyn vieressä. Keraamista tukea 46 ja läpivientikappaleen putkimaista säiliö-osaa 18 ympäröi eristemateriaalin kerros 48, joka edelleen ulottuu platina- ja kupariavokiskojen ja nestemäisen lasivaraston väliin. Eristemateriaali 48 päättyy ennen läpivientikappaleen seinämiä muodostaen rengasmaisen alueen 50 läpivientikappaleen säiliöosan ympärille, johon on sijoitettu lämmityskierukka 52 kompensoimaan eristeen läpi tapahtuvasta johtumisesta aiheutuva lämpöhäviö. Lämmityskierukka on liitetty lämpöpariin sen läpi kulkevan virran valvomiseksi ja siten sillä kehitetyn kompensointilämmön säätelemiseksi. Toinen eristemateriaalin kerros 54 on sijoitettu nestemäisen lasivaraston 30 yläpuolelle ja erilleen siitä, jolloin se muodostaa eristysraon 56, kuten kuvassa 1 esitetään. On luonnollista, että ylläoleva edustaa pelkästään eristeen toteutusmuodon esimerkkiä ja sitä korvaavia läm-mitysjärjestelyjä ja muita vaihtelevia järjestelyjä voitaisiin käyttää 17 58479 haluttujen lämpötilojen ylläpitämiseksi riittävässä määrin. Esimerkiksi johtumisesta aiheutuvan läpivientikappaleen lämpöhäviön kompensoimiseksi voitaisiin käyttää vastuslämmitystä käyttäen läpivienti-kappaletta eristetyn piirin osana. Tällaisessa toteutusmuodossa on 400 jakson generaattorin havaittu olevan erinomainen teholähde.

Lopuksi kuten kuvassa 1 esitetään, käytetään liisteröintilaitetta 58 yksityisten kuitujen liisteröimiseksi standardi voiteluainetyyppisellä materiaalilla, kuten tärkkelyksellä hankauksen vähentämiseksi vierekkäisten kuitujen välillä ja hartsikosketuksen auttamiseksi myöhempää laminointia varten. Rullaliisteröintilaitetta voidaan myös käyttää liisteröintlaineen kulutuksen pienentämiseksi.

Seuraavat esimerkit liitetään mukaan pelkästään kuvaamistarkoitukses-sa eikä niiden tarkoituksena ole rajoittaa keksinnön suojapiiriä.

Esimerkki I

Tässä esimerkissä käytettiin tavanomaista läpivientikappaletta, jossa ei ollut kärkikappaletta ja joka oli valmistettu 1,0 mm paksusta tasomaisesta platinalejeerinkilevystä (80 % platina-20 % rodiumia). Halkaisijaltaan 1,32 mm:n suuttimia porattiin tasomaiseen levyyn kuusikulmaiseen muotoon 1,78 mm:n välein. Suorakulmainen suutinalue läpi-vientikappaleessa oli suunnilleen 3,125 cm leveä ja suunnilleen 7,24 cm pitkä, jossa oli vuoron perään 17 ja 18 riviä. Jokaisessa rivissä oli n. 46 suutinta.

E-tyyppistä lasia sulatettiin tavanomaisessa lasiuunissa n. 25 cm syvän lasikylvyn aikaansaamiseksi, jonka lämpötila oli suunnilleen 1260°C ja lasikuituja valmistettiin käyttäen yllä kuvattua levyä. Levy oli varustettu kuumentimella ja sitä pidettiin n. 1149°C lämpötilassa. Standardiliisteröintiainetta levitettiin rullan avulla kuiduille, joita kelattiin n. 914,4 m nopeudella minuutissa.

Kuitujen pysyttämiseksi erillään ilmaa suunnattiin ylöspäin suutin-alueen pitkältä sivulta n. 15 asteen kulmassa pystytasosta kuuden halkaisijaltaan 0,6l cm:n suuttimen läpi, jotka oli järjestetty riviin suutinalueen toiselle sivulle n. 12,7 cm suutinlevyn alapuolelle. Käytettiin ilmanpainetta, joka oli välillä 0,21-0,36 kg/crii'J ππγ-πι.ί.ί I i -paineen yläpuolella.

18 58479

Kuituja vedettiin menestyksellisesti stabiilissa prosessissa ja fila-mentit pysyivät erillään.

Suutinlevyn käytön aikana esiintyi jonkin verran vääntymistä ja kehittyi sekä koveria että kuperia alueita. Suutinlevyn vääntyminen ei estänyt kuidun valmistusta.

Esimerkki II- Tämän keksinnön etujen kuvaamiseksi esimerkin I suuttimen tehoa verrataan kahden tavanomaisen kärkikappaleläpiviennin (merkitty kirjaimilla A ja B) tehoon, joissa käytetään ripajäähdyttimiä. Läpivientikap-paleiden kokonaispinta-alat olivat samat kaikissa tapauksissa, mutta esimerkin I läpivientikappaleen suutinosa peitti alle 1/4 läpivienti-kappaleen koko pinnasta. Kaikissa tapauksissa käytettiin E-tyyppistä lasia.

Läpivientikappale Esimerkki IA B

Reikien lukumäärä 804 390 390

Reiän halkaisija mm 1,32 1,98 2,286

Tuotanto kg/h 29,5 17,7 23,40

Kunkin reiän pinta-ala cm2 137 308,26 410,45

Reiän pinta-alasuhde 1 2,25 3

Suutinlevyn pinta-ala cirr 23 100,77 100,77

Tuotanto g/cm2/h 1282 176 232 2

Reikiä/cm läpi vien tikappaletta 35 4 4

Yllä oleva osoittaa, että tällä keksinnöllä saadaan enemmän tuotantoa läpivientikappaleen pinta-alayksikköä kohti verrattuna tavanomaiseen käytäntöön. Tällä keksinnöllä aikaansaadaan myös enemmän tuotantoa reiän pinta-alaa kohti verrattuna tavanomaiseen käytäntöön. Eron suuruuden osoittamiseksi selvemmin, jos olisi käytetty yhtä suurta suutinosaa, esimerkin I läpivientikappale olisi tuottanut 3527 kuitua tuotannon ollessa 129 kg tunnissa.

19 58479

Muutoksia ja modifikaatioita voidaan tehdä tämän keksinnön -suoritukseen poikkeamatta sen hengestä ja suojapiiristä, Sikäli kuin nämä muutokset ja modifikaatiot ovat liiteenä olevien patenttivaatimusten rajojen sisällä, ne on katsottava osaksi tätä keksintöä.

Esimerkki III

Tässä esimerkissä käytetty läpivientikappale oli tehty 1,52 mm paksusta tasomaisesta platinalejeerinkilevystä (80 % platinaa - 20 % rodiuinia I67O suutinta porattiin tasomaiseen levyyn kuusikulmaiseen muotoon 1,78 mm:n välein. Läpivientikappaleessa oleva suorakulmainen suutin-alue oli n. 2,86 cm leveä ja n. 16,51 cm pitkä. Ulkokehän suuttimet olivat halkaisijaltaan 1,2^5 mm ja loput suuttimet 1,19 mm halkaisi -j altaan.

E-tyyppistä lasia sulatettiin tavanomaisessa lasiuunissa n. 25,^ cm syvän lasikylvyn aikaansaamiseksi, jonka lämpötila oli suunnilleen 1260°C ja lasikuituja valmistettiin käyttäen yllä esitettyä levyä.

Levy oli varustettu kuumentimella ja sitä pidettiin n- 1227°C:n lämpötilassa. Standardi liisteröintiaine levitettiin rullalla kuiduille, jotka kelattiin nopeudelle n. 762 m/min.

Kuitujen pysyttämiseksi erillään ilmaa suunnattiin ylöspäin suutin-alueen pitkältä sivulta n. 20 asteen kulmassa pystytasosta kahdentoista halkaisijaltaan 0,6l cm:n suuttimen läpi, jotka oli järjestetty riviin suutinalueen toiselle sivulle n. 12,70 cm suutinlevyn alapuolelle. Käytettiin ilmanpainetta, joka oli välillä 0,21-0,35 kg/ern^ normaalipaineen yläpuolella.

Kuituja vedettiin menestyksellisesti stabiilissa prosessissa ja fila-mentit pysyivät erillään. Ulkokehän kartiot olivat aivan stabiilit.

Claims (13)

1. 20 58479
2. 1. Menetelmä lasikuitujen muodostamiseksi vetämällä kuituja sulaa lasia olevista kartioista, jotka muodostuvat pääasiassa tasomaisen suutinlevyn kunkin suutinreiän kohdalle, jolloin suutinlevyssä on vähintään neljä suutinreikäriviä, joissa suutin-reiät sijaitsevat tulvimisetäisyydellä toisistaan, ja suuntaamalla kaasua levyn suutinaluetta kohti, tunnettu siitä, että (a) suutinlevyä kuumennetaan säädetyllä tavalla suutinreikien läpi kulkevan lasi-virran säätämiseksi, ja (b) kaasua suunnataan ylöspäin massavirtauksena, niin että sitä iskeytyy levyn kartio- ja suutinalueeseen pääasiassa yhtenä ainoana ylöspäin liikkuvana kaasu-patsaana.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu-virta suunnataan vähintään n. 70 asteen kulmassa vaakatasoon nähden.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasikuitujen vetäminen aloitetaan siten, että (a) sula lasi kuljetetaan suutinlevyn läpi riittävässä lämpötilassa ja riittävällä nopeudella suutinlevyn alasivun saattamiseksi tulvimaan, (b) sulan lasin virtausnopeutta pienennetään alentamalla suutinreikien läpi kulkevan lasin lämpötilaa, jotta olisi mahdollista vetää suutinlevyn alasivulla olevaa tulvivaa lasia siitä erillisinä kuituina, (c) levyn alasivulla olevaa tulvivaa lasia vedetään erillisinä kuituina suutinreikien kohdalle muodostuneista sulaa lasia olevista kartioista, (d) lisätään lasin virtausta suutinreikien läpi nostamalla suutinlevyn lämpötilaa, (e) mainittu kaasun massavirtaus suunnataan ylöspäin suutinalueelle, ja (f) ylöspäin suunnatun kaasun painetta säädetään suutinlevyn lämpötilan mukaan sulaa lasia olevien kartioiden asymptoottisen muodon ylläpitämiseksi. U. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että silloin kun lasikuitujen vetäminen aloitetaan ja sen jälkeen kun sula lasi on saatettu tulvimaan suutinlevyn alasivulla sulan lasin virtausnopeutta pienennetään alentamalla sulan lasin lämpötilaa, joka on aluksi 1150-1315°C, määrällä 50-150°C.
5. 5. Patenttivaatimuksen 3 tai 1+ mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että silloin kun lasikuitujen vetäminen aloitetaan ja sen jälkeen kun suutinreikien läpi kulkevan sulan lasin lämpötilaa on alennettu, erillisiä kuituja, joita tuotetaan vetämällä tulvivaa lasia suutinlevyltä, vedetään aluksi nopeudella noin 1,27 cm sekunnissa. 58479
6. 6. Laitteisto jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, joka käsittää laitteen sulan lasin säilyttämiseksi, laitteen kuitujen vetämiseksi likimain tasomaisen suutinlevyn suutinrei'istä, jossa suutinlevyssä on vähintään neljä suutinreikäriviä, joissa suutinreiät sijaitsevat tulvimis-etäisyydellä toisistaan säilytyslaitteen pohjassa, ja laitteen kaasun suuntaamiseksi levyn suutinaluetta kohti, tunnettu siitä, että laitteistossa on (a) kuumennin (38,1+0) suutinlevyn (22) säädettäväksi kuumentamiseksi suutinreikien (2U) läpi kulkevan lasivirran säätämiseksi, ja (h) suutinlevyn (22) alapuolella oleva laite (HU,U5,^7)> joka suuntaa kaasun ylöspäin massavirtauksena iskeytymään levyn (22) kartio- ja suutinalueeseen pääasiassa yhtenä ainoana ylöspäin liikkuvana kaasupatsaana.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu kaasua suuntaava laite sisältää suutinsarjän ja putken, joka yhdistää sarjan mainittuun kaasuvarastoon, ja että suutinsarja on sijoitettu n. 2,5_51 cm levyn alapuolelle.
8. 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se on varustettu avokiskolla (38), joka on sähkökosketuksessa suutinlevyn (22) ja laitteella sähkövirran säätelemiseksi avokiskoon, minkä avulla suutinlevyn lämpötilaa voidaan säätää.
9. 9· Jonkin patenttivaatimuksen 5~8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suutinlevyn (22) suutinalueen ulkokehällä olevat suutinreiät ovat hieman suurempia kuin alueen muut suutinreiät.
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 5~9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suutinlevy (22) on yleisesti ottaen tasomainen ja varustettu alapuolelta kapillaariurilla, jotka yhdistävät vierekkäiset suutinreiät toisiinsa.
11. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jokainen suutinreikä on yhdistetty urilla vähintään kahteen viereiseen suutin-reikään.
12. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että vain suutinalueen ulkokehän lähellä olevat suutinreiät on yhdistetty toisiinsa urilla.
13. 13· Jonkin patenttivaatimuksen 5-12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suutinreikien välimatka on pienempi kuin kaksi kertaa suutinreikien halkaisija, edullisesti 1,25-1,7 kertaa suutinreiän halkaisija. 5 8479